۲-۷-۱٫ریفرمینگ
ریفرمینگ کاتالیزوری یکی از واحدهای اساسی هر پالایشگاه است که هدف آن افزایش درجه آرام­سوزی بنزین می­باشد.
خوراک واحد ریفرمینگ، بنزین سنگین و نفتاست. فاصله­ی جوش این خوراک در محدوده­ ۸۰-۲۱۰°C قرار داردکه با توجه به شرایط هر پالایشگاه می­توانداندکی تغییر نماید. ریفرمینگ برش­های سبک ( که پایین­تر از ۸۰°C می­جوشند) به علت تمایل­شان به تجزیه و ایجاد بوتان و گازهای سبک­تر مقرون به صرفه نیست. همچنین هیدروکربن­هایی که بالاتر از ۲۱۰°C می­جوشند، بعلت شکسته شدن پی در پی و تولید زیاد کربن، برای ریفرمینگ مناسب نیستند. اساس کار این واحد تغییر آرایش یا ساختار مولکول­های هیدروکربن نفتا می­باشد که به ترکیبات حلقوی اشباع نشده تبدیل می­گردد. فرایند شامل جدا کردن اتم­های هیدروژن می­باشد که به دنبال آن مقدار زیادی گاز هیدروژن تولید می­گردد.مجموعه واکنشهای کاتالیستی صورت گرفته در Cat Reformingکه ما آن را تبدیل کاتالیستی می نامیم به بیان ساده شامل فرآیندهائی است به منظور افزایش درصد ترکیبات آروماتیک در بنزین. معروف­ترین کاتالیست پالایشگاهی مورد استفاده در این فرایند کاتالیستی از جنس فلز پلاتین بر پایه آلومینا است.فراورده اصلی ریفرمینگ، بنزینی با درجه آرام­سوزی بالاست که اصطلاحاًReformateنامیده می شود، با سایر بنزین­های پالایشگاهی مخلوط می­ شود[۹-۱۰].
دانلود پایان نامه - مقاله - پروژه
۲-۷-۲٫ هیدروکراکینگ
هیدروکراکینگ برش­های نفتی همواره مورد توجه بوده است. در سال­های اخیر به­علت تغییر ساختار پالایشگاه­ها، افزایش تقاضا برای فراورده­های سبک مانند بنزین، تولید هیدروژن فراوان و ارزان از واحد ریفرمینگ و بهبود کاتالیزورها، فرایند هیدروکراکینگ به­سرعت افزایش یافته است. همانند کراکینگ کاتالیزوری، هیدروکراکینگ نیز برش های هیدروکربنی سنگین و ارزان را به برش­های­سبک­تر و با ارزش­تر می­ کند.
ویژگی اصلی هیدروکراکینگ عملکرد در فشار بالای هیدروژن می­باشد. همچنین هیدروکراکینگ روشی است بسیار انعطاف­پذیر که امکان استفاده از خوراک­های مختلف را می­دهد. البته خوراک معمول هیدروکراکینگ، نفتگاز سنگین است. در پالایشگاه­های کشورمان، هدف اصلی هیدروکراکینگ تولید مواد میان­تقطیر (نفت سفید و نفت­گاز) از نفت­گاز سنگین خلأ می­باشد. همزمان با فراورده­های­مورد نظر، گاز مایع، بنزین سبک و سنگین نیز تولید می­ شود[۱۰].
۲-۸- مشخصات بنزین
بررسی مشخصات بنزین­ها معمولاً با توجه به کاربردشان در موتور مطرح است. در این قسمت برخی از مهمترین این مشخصات ارائه می­شوند.
۲-۸-۱٫ چگالی
چگالی معمولاً به وسیله هیدرومتر در ۱۵°C اندازه ­گیری شده و بر حسب Kg/l بیان می­ شود. تغییرات چگالی با دما برطبق رابطه زیر می­باشد:
(۲-۱) ρt=ρ۱۵-k(T-15) 2
که ρtوρ۱۵به ترتیب چگالی در دمای T°C و ۱۵°C می باشند.
K ضریبی است که در مورد بنزین­ها حدود۰۰۰۸۵/۰ می­باشد.
معمولاً مصرف کنندگان بنزین سنگین را ترجیح می­ دهند چون باعث کاهش مصرف سوخت می­ شود.
۲-۸-۲٫ تقطیر
منحنی تقطیر ASTM معرف ترکیب بنزین است و به­ طور مثال اطلاعاتی در­ باره سهولت راه اندازی موتور در سرما در اختیار قرار می­دهد. اگر دمای ۱۰% تقطیر بین ۵۰-۶۰°C باشد، مقدار حداقلی از برش­های سبک در بنزین وجود دارد که تبخیرشان برای راه ­اندازی موتور در سرما کفایت می­ کند. اگر مقدار۵۰% برگشتی در حدود۹۰-۱۱۰°C باشد فراریت قسمت میانی بنزین مناسب است و تبخیر سوخت برای شتاب گیری و رانندگی پایدار مناسب است. این اجزاء دارای ارزش حرارتی بالای بوده و لذا در مصرف سوخت مؤثر می­باشند. اگر مقدار برگشتی در ۹۰% در حدود۱۶۰-۱۸۰°C باشد امکان به کارگیری حداکثر قدرت موتور فراهم می­ شود و درنهایت نقطه­­ی جوش سنگین­ترین هیدروکربن­ها نباید از ۲۰۰-۲۱۰°C فراتر رود، چون برخلاف ارزش بالای حرارتی، تولید رسوب در اثر احتراق ناقص برای مصرف کننده مطلوب نمی ­باشد. و همچنین عوارضی از قبیل رقیق کردن روغن کارتر را رقم می­زند. این اشکالات بلافاصله پس از روشن کردن موتور به ­وجود می ­آید[۴].
۲-۸-۳٫ درجه آرام سوزی
قبل از بررسی مفهوم درجه آرام­سوزی، نگاهی گذرا به وضعیت احتراق در موتور می­نماییم.
وضعیت احتراق سوخت در موتور:
در حالت عادی، احتراق مخلوط هوا-­­­­­­­بنزین با جرقه شمع شروع می شود و شعله به صورت امواج هم مرکز با سرعت زیاد در داخل سیلندر منتشر می شود.
هرگاه پیش­روی شعله در تمام حجم سیلندر به همین ترتیب ادامه یابد احتراق به آرامی صورت گرفته و با افزایش یکنواخت فشار، پیستون به سمت جلو رانده می­ شود. این روند شامل چهار مرحله مکش[۳۶]، تراکم[۳۷]، انفجار[۳۸] و تخلیه[۳۹] می­باشد که در شکل(۲-۲)وضعیت احتراق در یک موتور چهار سیلندر به نمایش گذاشته شده است.
شکل (۲-۲) وضعیت احتراق در پیستون های یک موتور چهار سیلندر
با توجه به شرایط موتور و ماهیت شیمیایی سوخت، گسترش و پیش­روی جبهه شعله گازهای سوخته نشده در سیلندر را متراکم می کند و باعثبالا رفتن دمای آن می شود، این پدیده باعث ایجاد احتراق های پیش از موعد مقرر همراه با حالت انفجاری در سیلندر شده که از آن به کوبش یا تقه یادمی شود. علت آن هم احتراق خود به خودی سوخت تحت فشار تراکمی پیستون در سیلندر است. آثار مخرب این پدیده مکانیکی- حرارتی می باشد.
سیستم خنک­کننده­ خودروها اغلب توانایی حذف گرمای ناشی از انفجار را ندارد لذا با گذشتن از حد معین دمای سیلندرها شرایط برای تشکیل پراکسیدها و احتمال اشتعال رسوبهای کربنی (زغالی شکل) در سر پیستون مهیا می شود، این شعله مانند جرقه شمع عمل می کند و بدین ترتیب با از بین بردن لایه روان­کار(Lubricant) باعث چسبیدن قطعات موتور می شود. در شرایط تنظیم شده و تحت کنترل، کیفیت احتراق سوخت در موتور بستگی به ترکیب سوخت دارد و معیار سنجش آن درجه آرام سوزی است[۱۱].
به­عبارت دیگر، عدد­آرام­سوزی عددی­است که نمایان­گرمقاومت بنزین در برابر پدیده­ خود اشتعالی می­باشد. این پدیده زمانی رخ می­دهد که مخلوط سوخت و هوا تحت تاثیر تراکم دخل سیلندر، بدون حضور جرقه­ی شمع دچار خود اشتعالی بشود[۳۲].
معیار درجه­ آرام­سوزی با سابقه بیش از ۸۰ سال، برای مشخص کردن کیفیت احتراق سوخت موتورهای درون­سوز به­کار می­رود. این معیار بر اساس مقایسه کیفیت احتراق سوخت مورد نظر با دو هیدروکربن خالص مبنا که دارای نقطه جوش نزدیک به­هم هستند عمل می­نماید:
نرمال هپتان هیدروکربن پارافینی با زنجیر مستقیم هفت­کربنی که خاصیت انفجاریش زیاد است و به طور قراردادی برای آن درجه­ آرام سوزی صفر در نظر گرفته شده است.
ایزواکتان که در حقیقت ۴،۲،۲ تری متیل پنتان است ( و به اشتباه ایزواکتان نامیده می­ شود)، پارافین شاخه داری است که خاصیت غیر انفجاری دارد و درجه­ آرام سوزیش را ۱۰۰ قرار داده اند.
برای اندازه ­گیری درجه­ آرام سوزی یک سوخت، از موتور CFR استفاده می­ شود. این موتور تک سیلندر با نسبت تراکم متغیر در سال ۱۹۳۰ توسط شرکت پژوهش سوخت[۴۰] ساخته شد. در این موتور تنظیم نسبت هوا و سوخت با تغییر سطح سوخت امکان­ پذیر می­گردد.

شکل(۲-۳) نمایی از موتور CFR
در این موتور بالا رفتن ناگهانی فشار ناشی از انفجار، باعث پرش سوزنی می­ شود که بر روی یک غشای انعطاف­پذیر قرار دارد و به این ترتیب مدار الکتریکی مربوطه بسته می­ شود. در این مدار یک آمپر سنج وجود دارد که شدت جریان عبوری و در نتیجه، کوبش را نمایش می­دهد. همچنین در این موتور کیفیت احتراق سوخت مورد نظر و مخلوط­های مختلفی از ایزواکتان و نرمال هپتان مورد آزمایش و مقایسه قرار می­گیرند.
درجه آرام­سوزی گزارش شده هر بنزین را می توان درصد حجمی ایزواکتان در مخلوط با نرمال هپتان دانست. درجه آرام­سوزی معین می کند که بنزین را در سیلندر تا چه اندازه قبل از آنکه دچار احتراق خود به خودی شود می توان متراکم کرد.درجه آرام­سوزی را می­توان به دو روش تعیین کرد: روش پژوهش[۴۱] و روش موتور[۴۲]. در هر دو روش از موتور CFR استفاده می­گردد. تفاوت اصلی میان دو روش مربوط به شرایط عمل آن­هاست. بدین نحو که روش موتور ( با سرعت دوران ۹۰۰rpm) نشان­دهنده رفتار یک سوخت در رانندگی با سرعت زیاد در جاده است در حالیکه روش پژوهش ( با سرعت دوران ۶۰۰rpm ) معرف عملکرد سوخت در رانندگی شهری و با سرعت کم می­باشد. هنگام گزارش درجه آرام سوزی باید روش بکار رفته را مشخص نمود.
درجه آرام ­سوزی موتور یک سوخت همیشه کمتر از درجه­آرام سوزی پژوهش آن است. اختلاف این دو، حساست سوخت[۴۳](S) نامیده می­ شود که در واقع حساسیت سوخت را نسبت به تغییر شرایط به ویژه تغییر دما نشان می­دهد[۱۰-۱۲].
در جدول (۲-۱) عدد آرام­سوزی برخی ترکیبات آورده شده است.
جدول (۲-۱) مقایسه عدد اکتان برخی ترکیبات[۱۳]

۲-۹٫ بهبود درجه آرام سوزی
درجه آرام­سوزی هیدروکربن­ها ارتباط نزدیکی با ساختار شیمیایی آن­ها دارد. در مورد نرمال پارافین­ها درجه آرام­سوزی با افزایش طول زنجیر کاهش می­یابد و در مورد نرمال هپتان به صفر می­رسد.
درجه آرام­سوزی پارافین­ها با شاخه­دار شدن افزایش می­یابد. در مورد پارافین­ها درجه آرام­سوزی موتور معمولاً ۲ تا ۳ واحد کمتر از درجه آرام­سوزی پژوهش است. درجه­ آرام­سوزی الفین­ها بیشتر از پارافین­هاست و همانند پارافین­ها بستگی به طول زنجیر و شاخه­ها دارد. درجه آرام­سوزی موتور الفین­ها ۱۰ تا ۱۵ واحد کمتر از درجه­ آرام­سوزی پژوهش آن­هاست.
درجه آرام­سوزی نفتن­ها بیشتر از همولوگ­ زنجیری­شان می­باشد و در مورد آروماتیک­ها معمولاً بیش از ۱۰۰ است (۱۱۵ تا ۱۲۰). درجه آرام سوزی موتور آروماتیک­ها نیز حدود ۱۰ واحد کمتر از درجه­ آرام سوزی پژوهش آن­هاست.
بدین ترتیب در تولید بنزین جهت گیری باید به سوی جریان­های غنی از آروماتیک ( بنزین تولیدی از واحد ریفرمینگ) و ایزو پارافین ( بنزین­های حاصل از فرایند آلکیلاسیون) باشد. الفین­های موجود در بنزین­های کراکینگ نیز با توجه به برخی خصوصیات نامطلوب باید با احتیاط استفاده شوند. به غیر از تنظیم مناسب هیدروکربن­ها( که ساختار اساسی بنزین را تشکیل می­ دهند)، اضافه نمودن برخی مواد افزودنی به بنزین نیز موجب بالا رفتن درجه آرام­سوزی آن­ها می­ شود که در ادامه مطرح خواهد شد[۱۰].
۲-۱۰٫ مواد افزاینده درجه آرام­سوزی
بنزین که یک نوع مخلوط شیمیایی می­باشد وقتی در موتورهای احتراق داخلی با فشردگی فیزیکی بالا استفاده می­ شود خیلی زود شعله­ور یا منفجر می­شودکه موجب آسیب دیدن موتور می­ شود.برای افزایش درجه آرام­سوزی بنزین علاوه بر ترکیبات موجود در نفت­خام تقطیر شده می­توان از مواد دیگری نیز کمک گرفت که به­ طور مختصر به آن­ها اشاره می­گردد.
۲-۱۰-۱٫ سرب
تحقیقات نشان داد که افزایش مقدار کمی از ترکیبات آلی-فلزی (آهن، قلع، ید و سلنیوم) به بنزین، موجب جلوگیری از تشکیل پراکسیدها شده و مانع حالت زود انفجاری بنزین می­ شود. پس از آزمایشات متعدد مشخص شد که آلکیل­های سرب نظیر تترا متیل سرب (TML) و تترا اتیل سرب (TEL) و نیز مخلوط این دو می ­تواند مانع احتراق خودبخود شده، با واسطه اکسید سرب(PbO) مقاومت در برابر کوبش را افزایش دهند.
از میان الکیل­های سرب، تترااتیل سرب که مایعی است سمی، نامحلول در آب به چگالی ۶۶/۱ و نقطه جوش ۲۰۵°C ، بیشتر مورد توجه قار گرفت به­طوریکه به مدت طولانی درسراسر دنیا به عنوان ماده افزاینده درجه آرام­سوزی به­کار می­رفت و در حال حاضر علیرغم محدودیت­های زیست محیطی در برخی کشورهای جهان سوم از این ماده استفاده می­ شود[۹-۱۲].

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...